Организация накопителей на магнитных дисках

Классификация и основные характеристики внешних запоминающих устройств

По типу носителя информации ВЗУ делятся на следующие классы (рисунок 6.18). Здесь: МЛ – магнитная лента, МД – магнитный диск, ОД – оптический диск, МОД – магнитооптический диск, ЦМД – носитель типа ЦМД, ПЗС – прибор с зарядовой связью.

По физической природе хранения ЗУ разделяются на: 1) накопители на магнитной основе, 2) накопители на оптической основе, 3) накопители на магнитооптической основе.

Основные характеристики: емкость, время доступа к информации, пропускная способность (скорость чтения/записи), надежность, стоимость.

Емкость зависит от размеров носителя и плотности записи – количества информации на единицу площади носителя. Различают поперечную и продольную плотность записи информации на носителе.

Время доступа зависит от скорости движения носителя и от других факторов, которые зависят от специфики устройства.

Пропускная способность зависит от скорости перемещения носителя и плотности записи. Оценивается количеством информации в единицу времени.

Надежность зависит от многих факторов. Оценивается обычно временем наработки на отказ. Стоимость – интегральная характеристика: зависит и от емкости, и от надежности, и др.

ВЗУ на основе МД с технической точки зрения относятся к ЗУ с последовательным доступом к информации, а с логической точки зрения – к ЗУ с производительным (прямым) доступом информации.

ВЗУ на основе МД состоит из двух частей: собственно накопитель на МД (НМД) и блок управления накопителем – контроллер НМД (КНМД). Носитель состоит из привода МД (дисковода) и магнитного носителя информации в виде одного или нескольких (пакета) МД. Диск (пакет дисков) приводится в движение от специального привода, который обеспечивает их вращение с постоянной скоростью (рисунок 6.19). Здесь П – привод, МП - механизм позиционирования, МГ - магнитная головка.

Каждой рабочей поверхности диска соответствует одна МГ чтения/записи информации. Запись информации на носитель осуществляется при помощи МГ записи, чтение информации — при помощи МГ чтения.

При записи информации на носитель при помощи МГ создаются магнитные отпечатки, следы. Магнитные отпечатки, оставляемые на поверхности диска при фиксированном положении МГ, образуют дорожку - трек (рисунок 6.20).

Перемещение блока МГ с одной позиции (дорожки) на другую вдоль радиуса диска обеспечивается механизмом позиционирования. В результате на одну поверхность диска помещается несколько дорожек - от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч в зависимости от радиуса диска и поперечной плотности записи.

Дорожки на поверхности нумеруются: 1, 2, …, С. Совокупность дорожек с одинаковыми номерами, расположенными на различных поверхностях пакета дисков, образует цилиндр. Количество дорожек в цилиндре определяется количеством рабочих поверхностей в пакете дисков.

Обмен информацией (чтение/запись) с дисками осуществляется блоками фиксированной длины - секторами. Количество секторов на дорожке зависит от емкости сектора и плотности записи. Размер сектора обычно 512 В.

В результате НМД можно представить в виде геометрической модели - совокупности вложенных цилиндров (рисунок 6.21). Здесь C - номер цилиндра, H - номер поверхности, R - номер блока (сектора) на дорожке.

Поскольку обмен информацией с НМД осуществляется с помощью одной МГ (чтения или записи), т.е. в последовательном коде, то в цилиндре с номером С работает только одна поверхность с номером Н, обращение к которой обеспечивается МГ с номером Н.

Доступ к цилиндру с номером С обеспечивается механизмом позиционирования. Время доступа к цилиндру зависит от быстродействия механизма позиционирования и разности DС = С - С^’, где С - номер цилиндра, к которому производится обращение, С’ – номер цилиндра, к которому производилось последнее обращение: τ _поз = ΔСτ_поз , где τ_поз – время позиционирования на соседнюю дорожку. Знак ΔС задаёт направление движения МП.

Доступ к дорожке Н в цилиндре С осуществляется путём подключения (коммутации) МГ к единственному усилителю чтения-записи. Время коммутации незначительно, поскольку осуществляется электронным коммутатором.

Таким образом, дорожка, к которой производится обращение, задаётся парой значений: С, Н.

Доступ к сектору R на дорожке С, Н обеспечивается (неподвижной) МГ и сводится к ожиданию момента, когда адресуемый сектор R окажется под МГ. Время ожидания τ_ож – случайная величина, лежит в пределах от 0 до Т = 1/ω, ω– угловая скорость вращения диска.

Общее время доступа: τ_д = τ_поз + τ_ком + τ_ож. (6.7)

Доступ к дорожке С – последовательный апериодический, к поверхности Н – произвольный (прямой), к сектору R – последовательный периодический (циклический) (рисунок 6.22).

С логической точки зрения НМД относятся к ЗУ с произвольным доступом к файлам. Прямой доступ к файлам на дисках обеспечивается каталогом файлов, хранимых на дисках. Каталог файлов устанавливает соответствие имён файлов и их физических адресов: C, H, R, т.е. каталог – это таблица, в которой и указывается это соответствие.

6.10.3 Организация накопителей на магнитной ленте

ПЗУ на основе МЛ относится к ЗУ с последовательным апериодическим доступом к информации. В качестве носителя применяются МЛ различной шины и длины: 4 мм, 8 мм, 12,7 мм длиной от нескольких десятков до сотен метров, хранимой в кассете или картридже.

При построении НМЛ используется один из двух способов организации информации на МЛ: параллельная и последовательная (поточная).

При параллельном способе запись информации осуществляется обычно на МЛ шириной 12.7 мм (1/2 дюйма) при помощи девяти неподвижных (стационарных) МГ записи – чтения на 9 дорожках. Восемь дорожек информационных, одна служебная, для записи контрольных разрядов (битов) паритета.

Основная особенность параллельной записи - старт-стопный режим: в обычном состоянии МЛ неподвижна, при обращении к ней МЛ при помощи ЛПМ сначала разгоняется до рабочей скорости, потом осуществляется поиск адресуемого блока (файла), а затем его чтение или запись. После обращения двигатель ЛПМ выключается и МЛ останавливается. На разгон (старт) и остановку (стоп) МЛ тратится часть МЛ. Размер старт-стопного (межблочного) промежутка – 10…15 мм.

Использование параллельных НМЛ в режиме оперативных ВЗУ (как дискет) прекратилось с появлением накопителей на ГМД: НМЛ не выдержали конкуренции с ГД.

Однако НМЛ с последовательным способом записи (организации) информации пришли на смену НМЛ с параллельной организацией.

В них используется способ потоковой записи (stream – поток). Отсюда название такого рода НМЛ – стример.

Основная особенность стримеров: вся поверхность МЛ делиться на дорожки. Количество дорожек k от 20 и выше.

Запись информации осуществляется сначала на первую дорожку непрерывно (в последовательном коде, потоком) при помощи неподвижной (стационарной) МГ с номером 1. Когда дорожка кончается, осуществляется реверс МЛ и запись продолжается на вторую дорожку и т.д. «серпантином», «змейкой». Недостатки стримеров – плохая совместимость, которая объясняется отсутствием стандартов записи. Поэтому в 1982 году была создана рабочая группа по разработке таких стандартов – комитет четырехдюймовых кассет – QIC. Этот комитет разработал стандарты: QIC-40, QIC-80, …

Например, QIC-80 обеспечивает запись на 28 дорожек, плотность записи 14700 бит/дюйм, емкость картриджа – 80 МВ, длина ленты – 62,5 метра.

Другой пример: QIC-5010: емкость 13ГВ, количество дорожек 144, плотность записи 68000 бит/дюйм, длина ленты 360 метров.

Пропускная способность стримеров от 2 до 18 МВ/с. Область применения – хранение архивов.

Дата добавления: 2014-01-11